Kaljenje čelika
Kaljenje je proces termičke obrade u kojem se kaljeni radni komad ponovo zagrijava na temperaturu ispod A1, drži određeno vrijeme, a zatim se hladi na sobnu temperaturu. Kaljeni čelik ne treba koristiti direktno; mora proći kaljenje, koje određuje mikrostrukturu i svojstva čelika i ključni je korak toplinske obrade.
Svrha kaljenja
Za postizanje željenih mehaničkih svojstava
Nakon kaljenja, radni komad ima visoku tvrdoću, ali nisku duktilnost i žilavost. Kako bi se zadovoljili različiti zahtjevi za performanse za različite dijelove, kaljenje se koristi za modificiranje kaljene mikrostrukture, podešavanje tvrdoće i smanjenje krhkosti, što rezultira željenim mehaničkim svojstvima obratka.
Za stabilizaciju dimenzija radnog komada
Martenzit i zadržani austenit koji nastaju tokom gašenja su nestabilne strukture koje se mogu razgraditi tokom vremena, uzrokujući promjene dimenzija i oblika. Kaljenje pretvara ugašenu mikrostrukturu u stabilnu, osiguravajući da obradak zadrži svoje dimenzije i oblik tokom upotrebe.
Da biste smanjili ili eliminisali unutrašnje naprezanje usled gašenja
Gašenje izaziva značajan unutrašnji stres. Ako se brzo ne otklone kaljenjem, ova naprezanja mogu uzrokovati deformaciju ili čak pucanje radnog komada.
Transformacije tokom kaljenja kaljenog čelika
Ugašeni martenzit i zadržani austenit su metastabilne faze koje se raspadaju u ferit i karbide kada se temperiraju sa sobne temperature na ispod A1. Specifične transformacije zavise od temperature kaljenja:
Razgradnja martenzita (manje ili jednako 200 stepeni)
Kada se temperira ispod 80 stepeni, ne dolazi do značajnih mikrostrukturnih promjena, osim nakupljanja atoma ugljika u martenzitu. Između 80 stepeni i 200 stepeni, martenzit počinje da se raspada, pri čemu se atomi ugljenika talože kao ε-karbidi (Fe2.4C), smanjujući prezasićenost ugljenikom u martenzitu i smanjujući tetragonalnost. Kako je temperatura otpuštanja niska, samo dio viška ugljika precipitira, ostavljajući martenzit kao prezasićeni čvrsti rastvor ugljika u -Fe. Fini ε-karbidi su raspršeni duž interfejsa prezasićene -čvrste otopine, održavajući koherentan odnos (gdje su atomi na granicama faza dijeljeni sa dvije kristalne rešetke). Ova mikrostruktura, koja se sastoji od manje prezasićene -čvrste otopine i ε-karbida, naziva se kaljeni martenzit. Zbog fine i visoko dispergirane prirode ε-karbida, tvrdoća čelika se ne smanjuje značajno kada se temperira ispod 200 stepeni. Međutim, taloženje ε-karbida smanjuje izobličenje rešetke, smanjujući napon gašenja i blago povećavajući plastičnost i žilavost čelika.
Razgradnja zadržanog austenita (200-300 stepeni)
Zadržani austenit je sličan pothlađenom austenitu, tako da su njegovi produkti transformacije kaljenja isti kao i kod pothlađenog austenita pod sličnim temperaturnim uvjetima, formirajući martenzit, bainit ili perlit ovisno o temperaturi.
Kada je čelik kaljen između 200 stepeni i 300 stepeni, martenzit nastavlja da se raspada, a zadržani austenit počinje da se transformiše u niži bejnit (200 stepeni -300 stepeni je donji opseg transformacije beinita). Na ovom temperaturnom rasponu, napon gašenja se dodatno smanjuje, ali tvrdoća ne opada značajno.
Transformacija karbida (250 stepeni -450 stepeni)
Kada se temperiraju iznad 250 stepeni, povećana difuziona sposobnost atoma ugljika uzrokuje da se karbidi ε- postepeno transformišu u stabilan cementit. Do 450 stepeni, svi ε-karbidi se pretvaraju u visoko dispergovani cementit. Kontinuirano taloženje ugljenika snižava sadržaj ugljika u -čvrstom rastvoru na njegov ravnotežni nivo, pretvarajući ga u ferit, iako ostaje igličastog- oblika. Ova struktura, sastavljena od igličastog-ferita i visoko dispergovanog cementita, naziva se kaljeni troostit. Kaljena troostitna struktura od čelika 45 prikazana je na donjoj slici. U ovom trenutku, tvrdoća čelika se smanjuje, a njegova žilavost i plastičnost se dalje povećavaju, pri čemu se napon gašenja gotovo eliminira.
Agregacija i rast cementita i rekristalizacija ferita (450-700 stepeni)
Iznad 450 stepeni, visoko dispergovani cementit postepeno se oblikuje u fine čestice, a kako temperatura raste, te čestice rastu. Istovremeno, ferit počinje da se rekristalizira između 500 stepeni i 600 stepeni, pretvarajući se iz letvica ili igličastih{4}}oblika u poligonalna zrna.
Ova struktura, koja se sastoji od granuliranog cementita raspoređenog na poligonalnoj feritnoj matrici, naziva se kaljeni sorbit. Struktura kaljenog sorbita čelika 45 prikazana je na donjoj slici. Ako se temperatura dodatno poveća na 650 stepeni –A1, granulirani cementit se grublji, formirajući mikrostrukturu poligonalnog ferita i krupnijeg granuliranog cementita, poznatog kao kaljeni perlit.
Transformacija kaljenog čelika tokom kaljenja odvija se u različitim temperaturnim rasponima. Čak i pri istoj temperaturi kaljenja može doći do više vrsta transformacija. Svojstva kaljenog čelika ovise o ovim mikrostrukturnim promjenama, koje zauzvrat utječu na njegove mehaničke performanse. Općenito, kako temperatura kaljenja raste, čvrstoća i tvrdoća se smanjuju, dok se duktilnost i žilavost poboljšavaju, a ove promjene postaju izraženije na višim temperaturama.
Vrste i primjena kaljenja
Primarni faktor koji određuje mikrostrukturu i svojstva čelika je temperatura kaljenja. Kaljenje je kategorizirano u tri tipa na osnovu temperature i rezultirajuće mikrostrukture:
Nisko-Kaljenje na niskoj temperaturi (150 stepeni –250 stepeni)
Nisko{0}}kaljenje daje kaljeni martenzit. Cilj je zadržati visoku tvrdoću i otpornost na habanje kaljenog čelika uz smanjenje unutrašnjeg naprezanja i lomljivosti, te poboljšanje duktilnosti i žilavosti. Ova metoda se uglavnom koristi za visoko{3}}ugljične i legirane čelike u alatima za rezanje, mjernim alatima, kalupima za hladno štancanje, kotrljajućim ležajevima, naugljičnim dijelovima i površinski{4}}kaljenim dijelovima. Tvrdoća nakon kaljenja je tipično između 58-64 HRC.
Srednja-Kaljenje na temperaturi (350 stepeni –500 stepeni)
Ova metoda daje kaljeni troostit. Njegova svrha je postizanje visoke čvrstoće tečenja, granice elastičnosti i značajne žilavosti. Srednjotemperaturno kaljenje-primarno se koristi za različite elastične komponente i kalupe za -vruću obradu. Tvrdoća nakon kaljenja općenito se kreće od 35-50 HRC.
Visoko-kaljenje na visokim temperaturama (500 stepeni –650 stepeni)
Ova metoda proizvodi kaljeni sorbit. Cilj je postići ravnotežu snage, tvrdoće, duktilnosti i žilavosti. Kada se kombiniraju kaljenje i kaljenje na visokoj{2}}temperaturi, proces se obično naziva "kaljenje i kaljenje". Široko se koristi za kritične strukturne komponente u proizvodnji automobila, traktora i alatnih mašina (kao što su klipnjače, klinovi, zupčanici i osovine prijenosa). Tvrdoća nakon kaljenja općenito se kreće od 200-330 HBW.
Iako su vrijednosti tvrdoće čelika nakon normalizacije i kaljenja-kaljenja prilično slične, kritične strukturne komponente u proizvodnji obično se podvrgavaju kaljenju-opuštanju, a ne normalizaciji. To je zato što mikrostruktura kaljenog sorbita ima granulirani cementit, dok sorbit dobijen normalizacijom ima lamelarni cementit. Stoga kaljeni i kaljeni čelik ne samo da pokazuje veću čvrstoću, već ima i bolju duktilnost i žilavost u odnosu na normalizirano stanje.
Kaljenje i kaljenje mogu poslužiti kao završni proces termičke obrade ili kao prethodna obrada prije površinskog očvršćavanja i kemijske toplinske obrade. Budući da tvrdoća kaljenog čelika nije visoka, omogućava laku obradu i niske vrijednosti hrapavosti površine.
Pored ove tri uobičajene metode kaljenja, neki visoko{0}}legirani čelici se podvrgavaju kaljenju na omekšavanje na visokoj-temperaturi na 20 stepeni –40 stepeni ispod A1 kako bi se dobio kaljeni perlit kao alternativa sferoidizirajućem žarenju.
Da bi se osigurala temeljita mikrostrukturna transformacija tokom kaljenja, radni komad mora se držati na temperaturi kaljenja dovoljno vremena, obično između 1 i 3 sata, ovisno o materijalu, temperaturi, debljini, opterećenju i načinu grijanja. Metoda hlađenja nakon kaljenja ima mali utjecaj na performanse ugljičnog čelika, ali kako bi se izbjeglo izazivanje novih naprezanja, radni komadi se općenito polako hlade na zraku nakon kaljenja.
Kontaktirajte nas
Za više informacija, kontaktirajte nas nametal@welongpost.com.
